復雜移動平臺環(huán)境中天線輻射問題的快速算法研究.pdf

1、隨著現(xiàn)代航空、航天、航海等領域對通信、雷達、導航、電子對抗(ECM)等應用需求的不斷增長，在飛機、衛(wèi)星、艦船等大型復雜移動平臺上裝備的電子設備及相應的天線系統(tǒng)的數(shù)量越來越多。為了保證各個系統(tǒng)之間良好的電磁兼容性能(EMC)，必須對它們進行合理的布局設計，這涉及到輻射方向圖的優(yōu)化、系統(tǒng)間電磁信號沖突與干擾的控制以及電磁輻射危害評估等方面。本論文采用基于邊界積分方程(BIE)的矩量法(MoM)，并借助復雜載體三維計算機輔助幾何建模技術，重點

2、研究大型復雜平臺環(huán)境中天線輻射特性及系統(tǒng)問電磁兼容性能。針對移動平臺結構復雜、電尺寸大的特點，提出了有效的矩量法快速算法及其與物理光學(PO)的混合方法。本文在計算電磁學快速算法與工程應用方面取得了以下研究進展： 1．深入研究了任意線線連接點處和任意線面連接點處電流展開的通用規(guī)則。任意線線連接點處電流展開規(guī)則可由已有的線電流基函數(shù)的合理組合給出。為了避免多線與結構表面共點互連時可能產生的系數(shù)矩陣嚴重病態(tài)而引起迭代方法求解方程組失

3、效的問題，提出了一種新的V形線面連接點處電流基函數(shù)。通過對典型算例的數(shù)值分析，證明了新的線面連接點處電流基函數(shù)對解決上述問題的有效性。將新的線面連接點處電流基函數(shù)與已有的線電流基函數(shù)和線面連接點處電流基函數(shù)相結合，給出了完善的任意線面連接點處電流展開規(guī)則。 2．建立了復雜線面混合結構的多層快速多極子算法(MLFMA)，改善了經典矩量法對于這類電大尺寸問題的求解效率。基于鏡像原理模擬平靜海平面，應用此方法對短波頻段艦載天線輻射特性

4、進行了數(shù)值仿真，計算結果與實驗測試結果一致。 3．利用電場積分方程(EFIE)積分核的場點和源點之間近距離的奇異性特性，提出了三種近場預條件器構造算法：受約束Gauss近似求逆算法、遞歸Choelsky分解算法和基于Frobenius范數(shù)最小化的近似求逆算法。將這些近場預條件技術與廣義最小留數(shù)法(GMRES)相結合，得到了能有效加速方程組迭代求解的快速算法。通過對多個實際工程問題中典型結構的計算比較，進一步證明了基于稀疏矩陣快速

5、嚴格求逆的近場稀疏化遞歸Cholesky分解(SRCF)預條件技術對于復雜問題的良好適應性。同時，結合多層快速多極子算法對未知元的分組排序操作，有利于改善近場SRCF預條件技術的計算效率。 4．將快速多極子方法(FMM)和快速遠場近似算法(FAFFA)用于加速物理光學和矩量法(PO-MoM)的混合方法，達到了降低傳統(tǒng)的PO-MoM混合方法計算復雜度的目的。同時，提出了一種用于加快PO-MoM矩陣方程迭代求解速度的近場預條件技術。

6、 5．將多層快速多極子算法應用于直升機旋翼調制(RBM)效應的研究中。結合準靜態(tài)方法和快速Fourier變換(FFT)，計算分析了旋轉葉片對裝載于直升機上的HF/VHF天線輻射特性的影響以及對直升機電磁散射特征的影響。 6．應用三維計算機輔助幾何建模技術，為解決實際工程問題建立了大量三維模型，實現(xiàn)了表面任意網(wǎng)格自動剖分，并為不同工程問題的電磁計算設計了可靠的接口程序模塊。另外，設計了多種形式的三維圖形可視化程序來直觀地表